اللانثانيدات

قرن من الفصل

تبدأ قصة اللانثانيدات عام 1787 بصخرة سوداء من مقلع في إتربي قرب ستوكهولم. وجد فيها يوهان غادولين ترابًا جديدًا عام 1794، وعلى مدى السنوات المئة والعشرين التالية اكتشف الكيميائيون أن هذا التراب، وترابًا آخر يُدعى السيريا، خليطان من أكثر من اثني عشر عنصرًا متطابقة تقريبًا.

كان فصلها يعني إذابة المادة نفسها وإعادة بلورتها مئات المرات أو آلافها، وكل خطوة تزيد تركيز عنصر واحد زيادة طفيفة جدًا. وتبيّن أن كثيرًا من الاكتشافات المعلنة لم تكن سوى خلائط. ولم يتمكن الكيميائيون من تحديد العدد الدقيق للانثانيدات إلا بعد أبحاث هنري موزلي بالأشعة السينية عام 1913.

لماذا تتشابه إلى هذا الحد

عند الانتقال من اللانثانوم إلى اللوتيشيوم يدخل كل إلكترون جديد في المستوى الفرعي 4f، المدفون عميقًا داخل الذرة تحت الإلكترونات الخارجية. والإلكترونات الخارجية، التي تتحكم في السلوك الكيميائي، لا تكاد تتغير، لذا تسلك اللانثانيدات سلوكًا متطابقًا تقريبًا، ويكوّن جميعها تقريبًا أيونات 3+.

لكن إلكترونات 4f ليست خفية تمامًا. فهي تمنح كثيرًا من أيونات اللانثانيدات ألوانًا حادة ومغناطيسية قوية، وتجعل الذرات تنكمش قليلًا عبر السلسلة، وهو تأثير يُعرف بانكماش اللانثانيدات، ويؤثر أيضًا في كيمياء العناصر الواقعة تحتها.

الأتربة النادرة في التقنية الحديثة

رغم الاسم، فإن معظم الأتربة النادرة ليست نادرة: فالسيريوم شائع بقدر النحاس تقريبًا. وهي «نادرة» بمعنى أنها متناثرة ويصعب تركيزها وتنقيتها. وهي اليوم حيوية للتقنية الحديثة.

• النيوديميوم مع الديسبروسيوم: أقوى المغانط الدائمة، في محركات السيارات الكهربائية وتوربينات الرياح وسماعات الرأس
• اليوروبيوم والتربيوم: المواد الفوسفورية الحمراء والخضراء في الشاشات والمصابيح الموفرة للطاقة
• الإربيوم: مضخِّمات في كابلات الألياف الضوئية التي تنقل الإنترنت
• السيريوم: صقل الزجاج والمحولات الحفازة
• الغادولينيوم: مواد التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي

التعدين والإمداد

يُستخرج معظم الأتربة النادرة في العالم ويُعالج في الصين، مما يجعلها مصدر قلق استراتيجي لدول كثيرة. وقد يخلّف تعدينها بقايا مشعة من الثوريوم واليورانيوم، ويجري تطوير مصادر جديدة وأساليب لإعادة التدوير للحد من المخاطر البيئية ومخاطر الإمداد معًا.